Новый материал позволит заменить литий-ионные батареи калиевыми: в чем преимущества

Международная команда ученых открыла новый материал для электродов, который поможет создать высокоэффективные калий-ионные аккумуляторы. Об этом исследовании сообщает издание Interesting Engineering.

Новый материал — новые батареи

Многие из наиболее эффективных калий-ионных аккумуляторов в настоящее время используют катоды, изготовленные из берлинской белилы, но для повышения проводимости ее необходимо смешивать с, что усложняет конструкцию. Ученые нашли замену, создав естественно проводящий катод из селенида хрома, который достигает высокой производительности при содержании углерода менее 10%.

Во время тестов прототип обеспечил емкость 125 мАч/г, что почти достигает его теоретического максимума в 127 мАч/г. Слоистая структура материала позволяет ионам калия плавно перемещаться между слоями во время зарядки и разрядки, благодаря этому материал сохранил 85% своей емкости даже при быстрой зарядке.

Следующий шаг команды — найти электролит, который может еще больше повысить производительность аккумулятора в будущих конструкциях. Эксперты ожидают, что калий-ионные батареи в конечном итоге могут стать более доступными и простыми в производстве, чем литий-ионные, что потенциально позволит использовать их в более широких областях, например для хранения электроэнергии из возобновляемых источников.

По словам Алексея Ганина, ведущего автора и руководителя группы Glasgow ElectroChemistry on Solids (GECOS) в Школе химии Университета Глазго, результаты многообещающие, но производительность батареи можно еще больше повысить, подобрав другой электролит. В отличие от литий-ионных батарей, которые выигрывают от легкодоступных специализированных электролитов, калий-ионные батареи требуют дополнительных исследований для разработки высокопроизводительных веществ.

"Электролиты для литий-ионных аккумуляторов можно купить в готовом виде, но для улучшения характеристик электролитов для калий-ионных аккумуляторов требуется дополнительная работа. Мы стремимся сотрудничать с экспертами по робототехнике, которые могут помочь нам протестировать тысячи потенциальных химических комбинаций, чтобы найти наилучшего кандидата для использования в нашей батарее", — подчеркнул Алексей Ганин.

Почему нужна замена литий-ионным батареям

Калий-ионные аккумуляторы стали сильной альтернативой традиционным литий-ионным системам, поскольку калий добывать гораздо легче и дешевле. К тому же, такие батареи довольно быстро заряжаются по сравнению с другими технологиями.

Литий-ионные аккумуляторы, которые теперь широко распространены в устройствах от смартфонов до электромобилей, обладают превосходной производительностью. Однако относительная редкость лития делает его стратегически важным и ограниченным ресурсом, заставляя искать альтернативы.

"Калий — гораздо более распространенный материал, и калий-ионные батареи имеют большой потенциал в качестве альтернативного метода хранения и доставки больших объемов электроэнергии. Внедрение калий-ионных батарей для стационарных целей хранения может помочь высвободить литиевые ресурсы для использования в более энергоемких мобильных приложениях в будущем", — говорит Алексей Ганин.

В своем исследовании ученые добавили, что их работа продвигает эффективные и устойчивые решения для хранения энергии. Она показывает, что изучение катодов на основе карбидов переходных металлов для калий-ионных аккумуляторов может существенно помочь в поиске альтернатив литий-ионным аккумуляторам, продвигая более устойчивые технологии хранения энергии.

Недавно в Китае создали первую калий-ионную батарею для коммерческого рынка. Как уверяет компания Guoxin New Materials, ее плотность составляет 151 Втч/кг, что позволяет проехать на электровелосипеде до 150 км.